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Qi: Wie funktioniert das kabellose Laden im Nexus 4?


09.11.2012, 18:33 Uhr

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Neu ist die Technologie zum kabellosen Laden nicht, die als ein herausstellendes Merkmal des Nexus 4 gesehen wird. In der Vergangenheit besaßen bereits Smartphones und Tablets von Palm und später HP die Fähigkeit, mit dem „Touchstone“ kabellos geladen zu werden. Sie kann mittels Duracell Powermat auch für iPhones nachgerüstet werden. Außerdem sind in fast jedem Haushalt Geräte vorhanden, die per Induktion funktionieren: Herde, elektrische Zahnbürsten, Wasserkocher. Trotzdem ist davon auszugehen, dass das Nexus 4 dem kabellosen Laden zu neuer Popularität verhilft. Wir werfen einen Blick auf die Technologie, mitsamt ihrer Stärken und Schwächen.

Verschiedene Arten des kabellosen Ladens

Zunächst zu den Grundlagen: Es gibt drei verschiedene Möglichkeiten, Elektrizität kabellos zu übertragen:

  • Über Radiowellen: Funktioniert nur mit geringer Leistung, aber in einem Radius von bis zu 10 Metern. Wird beispielsweise für Implantate, Hörgeräte und RFID-Chips verwendet. Nachteile: Geringe Energieeffizienz, Erzeugung von Elektrosmog.
  • Per Resonanz: Eine Technik, an der gerade intensiv geforscht wird. Sie soll für hohe Leistungsaufnahme verwendet werden, etwa bei Elektroautos. Vorteil: Hohe Effizienz, in aktuellen Versuchen können 3.000 Watt mit 80 bis 90 Prozent Effizienz übertragen werden – jedoch nur auf geringe Entfernung zwischen Sende- und Empfangsspule möglich (unter 10 cm).
  • Per Induktion: Die am häufigsten verwendete Technik, sie kommt auch im Nexus 4 zum Einsatz. Die elektromagnetischen Spulen müssen in nächster Nähe zueinander sein – Standard sind 5 Millimeter, es ist aber technisch möglich, die Entfernung auf bis zu 4 Zentimeter zu erhöhen. In der Praxis bedeutet die geringe Reichweite, dass sich Sender und Empfänger der Ladung zumeist berühren müssen.

Qi: Der Standard für Wireless Charging

Bereits im Jahr 2008 wurde vom Wireless Power Consortium ein Standard für das kabellose Laden verabschiedet: Qi, ausgesprochen „Chi“ (Chinesisch für „Luft“, aber auch „Kraft“). Die erste verabschiedete Version des Qi-Standards besagt, dass die übertragene Leistung nicht größer als 5 Watt sein darf. Am Wireless Power Consortium sind mittlerweile unter anderem HTC, LG, Motorola, Nokia, Samsung, Sony und Huawei beteiligt.

Der Standard besagt unter anderem auch, wie Sender und Empfänger miteinander kommunizieren: Vom Sender, zumeist einer flachen Matte, geht ein regelmäßiges Überprüfungssignal aus. Sobald anhand einer Kapazitäts- oder Resonanzänderung erkannt wird, dass darauf ein Gerät zur Ladung abgelegt wurde, überprüft die Matte die Kompatibilität zum WPC-Standard, indem die Ladung mit einem 8-Bit-Datenstring moduliert wird. Das Gerät antwortet mit Informationen zur „Empfangsstärke“. Mithilfe weiterer Signale wird daraufhin überprüft, ob das Gerät optimal aufliegt. Nur in diesem Fall wird der Aufladevorgang per Induktion initiiert – einige Matten können aber auch die Sende-Spule bewegen und passen sich selbständig an die Position des Empangsgerätes an oder besitzen gleich mehrere Spulen. Während des Ladens bleiben Sender und Empfänger in ständigem Kontakt, etwa um die Leistung nachzujustieren oder, wenn das Gerät vollgeladen ist, in den Standby-Modus zu wechseln.

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Qi-kompatible Wireless Charging-Module von Texas Instruments

Das heißt ganz konkret, dass die Ladematte (beziehungsweise der Touchstone, Power Orb o.ä.) nur dann tatsächlich Energie überträgt, wenn ein kompatibles Gerät aufliegt, das geladen werden muss. Sowohl Sende- als auch Empfangsspule sind abgeschirmt, um Elektrosmog zu mindern.

Mehr Infos und einige aufschlussreiche Videos gibt es bei Texas Instruments.

Vor- und Nachteile des kabellosen Ladens

Man kann sich vorstellen, dass kabelloses Laden eine völlig neue Dimension des Komforts für Smartphones und Tablets eröffnet: Eine Ladematte am Nachttisch, eine im Wohnzimmer, eine in der KFZ-Halterung und eine am Arbeitsplatz – aufgrund der Omnipräsenz von aufwandslos nutzbaren Lademöglichkeiten sowie dank des in Li-Ionen-Akkus nicht mehr vorhandenen Memory-Effektes kann man ohne nerviges Kabelgewirr immer ein mehr oder weniger voll aufgeladenes Smartphone mit sich herumtragen.

Dennoch gibt es auch potentielle Nachteile der Technologie, die hier nicht unerwähnt bleiben sollen:

  • Platz und Kosten: Zum einen verbraucht die Ladespule im Smartphone Platz – das Gerät wird dadurch zwangsweise etwas dicker, die zusätzlichen Komponenten kosten überdies Geld.
  • Energieeffizienz: Bei einigen ältere Geräte mit dem Qi-Standard soll diese nur bei rund 70 Prozent liegen, zusammen mit dem Energieverlust durch den Stromstecker hat man möglicherweise nur noch rund 60 Prozent. Dieses Problem sollte auf neueren Geräte allerdings nicht mehr zutreffen. TI beansprucht von sich, Energieeffizienzgrade bis 93 Prozent zu erreichen.
  • Elektro-Smog: Trotz Abschirmung wird durch die Ladestation und den Empfänger während des Ladens elektromagnetische Strahlung emittiert. Das Strahlungsniveau mag nicht allzu hoch sein, insbesondere im Vergleich zu anderen Strahlungsquellen im Haushalt, dennoch sollte man die Ladevorrichtung nicht unbedingt direkt neben dem Kopfkissen im Schlafzimmer platzieren.
  • Inkompatibilität: Sowohl Duracells Powermat als auch der neue Konkurrenzstandard zu Qi durch die von Samsung und Qualcomm ins Leben gerufene Alliance for Wireless Power (A4WP) sind inkompatibel zu Qi-Geräten. Es droht eine Fragmentierung der Technologien.

Wireless Charging – habt ihr darauf gewartet oder werdet ihr die Technik nicht nutzen? Meinungen in die Kommentare.

Quellen: Battery University [via reddit], Texas Instruments, Wikipedia

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